“适应大规模风电并网的无功电压协调控制系统研发项目”获电力建设科技进步一等奖

“适应大规模风电并网的无功电压协调控制系统研发项目”获电力建设科技进步一等奖

主要完成单位：中国电力科学研究院电力自动化研究所

主要完成人员：蒲天骄 于汀 王伟 毕天姝 董雷 韩巍 杨占勇 王衡 李时光 王子安

成果简介

风力发电是当今全球规模最大、快速发展的非水电可再生能源，是以清洁能源为主的新一轮能源变革的重要推动力。我国规划了8个千万千瓦级的风电基地，各基地并网发电已逾6500万千瓦，形成了我国独有的“规模化开发、集中式接入”的风电并网模式。由于风电功率具有强波动性和不确定性，大规模风电集中接入对电网的运行和控制带来严峻挑战，风电汇集区域无功电压问题日益突出，已成为制约风电可靠消纳的重要瓶颈。

“适应大规模风电并网的无功电压协调控制系统研发与工程应用”项目属于电力系统自动化领域，获得国家电网公司系列项目支撑，历时4年，投资逾2000万元，针对大规模风电并网的无功电压优化控制开展了深入的理论研究，实现了关键技术突破和工程应用，并取得了一系列科技成果：提出了基于风功率和负荷变化趋势辨识及多无功源协调的无功电压主动控制策略，适用于在线准确评估电压稳定薄弱区域的电压稳定指标，基于非线性互补的松弛化原对偶内点法，无功优化与电压稳定的联合优化模型、电压水平与电压稳定的协调校正模型等原创性技术，在国内外均属首创。

运用上述研究成果，研发了支撑大规模风电并网运行的计及电压稳定约束的无功电压协调控制系统，有效解决了风电集中接入的无功电压控制问题，支撑了大规模风电功率的可靠送出，改善了电网的电压质量，促进了电网无功电压控制技术的发展。

该项目通过了电力工业电力系统自动化设备质量检验测试中心进行了第三方权威测试该项目通过了中国电力建设企业协会组织的成果评审，认为整体成果处于国际先进水平，在基于风功率变化趋势的在线多无功源电压协调优化控制应用方面达到了国际领先水平。

关键技术及创新点

创新点一：首次提出基于风功率和负荷变化趋势辨识的无功电压主动控制策略，提高了电网电压质量和稳定裕度。

创新点二：首次提出基于支路电压相量的电压稳定在线评估指标，能够基于状态估计结果或PMU量测数据，在线准确识别风电汇集区域和负荷中心区域的电压稳定薄弱环节。

创新点三：首次提出基于非线性互补的松弛化原对偶内点算法，适用于快速求解连续变量和离散变量共存的大规模非线性无功电压控制模型，有效保证了在线优化计算的收敛性和求解的全局最优性。

创新点四：首次基于风功率预测结果和负荷预测结果，建立了电压稳定与无功优化的联合优化模型，并结合风电汇集站输送功率和电网负荷的变化趋势，实现含大规模风电的全网无功电压实时协调优化。

创新点五：首次基于电压与无功的灵敏度关系，建立了电压稳定裕度与电压水平的协调校正模型，实现了在电网状态估计失效而无法进行全网联合优化控制时，以最小的无功调整量对电压稳定裕度薄弱环节或越限节点电压的实时校正。

应用前景

基于该项目成果研发的无功电压控制系统已在多个调度控制中心实际应用，在减轻人员工作强度的同时，保证了风电基地功率的可靠送出，提升了大规模风电并网的消纳水平，降低了电网损耗、提高了电压合格率、抑制了电压大幅波动，改善了系统薄弱区域的电压稳定裕度。项目成果的实际应用还推动了电网无功电压控制技术的发展，在降低风机大规模脱网风险等方面发挥了积极作用，对减少燃煤消耗起到了一定的辅助作用，在保障电网安全、稳定、优质和经济运行的同时，实现了资源节约和环境保护，极大地促进了经济和社会的和谐发展。

项目先后应用于黑龙江、辽宁、新疆、甘肃、青海、福建，以及福州、包头等多个网省和地区电网调度控制中心，实现新增合同额712万元，项目应用后各地电网降低网损收益约9200万元、增加风电功率送出收益约5100万元，取得了显著的经济和社会效益。

该项目成果还可推广至全国其他千万千瓦级风电基地接入的电网，乃至国际上所有具有大规模风电接入运行特性的电网，应用前景十分广阔。

项目申请发明专利9项(授权1项)、发表论文17篇、申请软件著作权3项、出版专著1部、制定国家电网公司企业标准1项。